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월드이엔씨, 흡수식 히트펌프 적용 ‘성공적

논산순환센터 축산 바이오가스발전 배온수 이용
액비생산량 증대·전력사용량 저감 기여


월드이엔씨가 축산 바이오가스 발전 배온수를 이용한 흡수식 히트펌프를 적용해 발전기 효율은 물론 일정한 액비 생산량을 유지할 수 있도록 적용한 현장이 있어 주목받고 있다. 

논산자연순환센터 현황 

논산계룡축협 자연순환센터(이하 논산순환센터)는 가축분뇨 및 음식물 쓰레기로부터 나오는 바이오가스를 활용해 발전하고 부산물인 자연비료(액체비료, 고체비료)인 퇴비(일일 생산능력 192톤)과 액비(322톤)는 지역사회에 생산, 공급하고 있다. 

발전시설, 전처리동, 소화조동, 액비화동, 퇴비화동, 바이오가스 저장시설, 냄새 방지시설, 미생물 배양시설 등 가축분뇨자원화 및 에너지생산시스템을 갖추고 있다.

현재 전력, 제품(자연비료) 생산량은 초기 계획보다 100% 수준으로 증가해 가축분뇨 및 음식물 쓰레기에서 생산된 바이오가스는 일일 약 9,000Nm³이며 이를 통해 약 1만4,000kWh의 전력을 생산한다. 생산된 바이오가스가 일부 남아 소각하고 있어 발전량을 증대시키기 위해 가스엔진발전시설을 추가로 구축할 계획이다.

논산순환센터는 간절기, 하절기에 발전 배온수(70~85℃) 온도를 떨어뜨리기 위해 공랭식 냉각기를 이용하고 있어 발전 배온수의 활용이 저조한 상황이다. 배온수 온도가 떨어지지 않으면 발전기도 일시적으로 정지하는 상황이 하절기에 빈번히 발생하고 있다. 

발전 배온수는 가수분해조, 혐기성소화조, 반건식소화조 등의 가열원으로 이용되는데 회수온도가 높아 발전기 효율측면에서는 발전폐열을 회수온도를 낮게 유지시킬 수 있는 시스템이 요구된다.

또한 액비화조에 터보블로어 이용해 압축공기를 공급해 호기성발효를 시키고 있는데 하절기에는 압축공기 토출온도가 80℃에 육박해 액비화조 내부의 미생물 증식이 저해되고 액비가 잘 만들어지지 않고 있다. 압축공기 온도를 60℃ 이하로만 낮춘다면 하절기에도 액비 생산량을 일정하게 확보할 수 있어 이를 해결할 기술개발이 시급한 상황이었다. 

액비생산량 증대·전력사용량 저감 기여

월드이엔씨는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원의 지원사업인 ‘저온 폐열원 구동 산업공정용 냉수, 스팀 생산 흡수식 히트펌프시스템 개발’ R&D를 수행했다. 연구과제로 제작된 시제품을 논산순환센터에 설치해 시운전을 최근 완료했으며 기존 유틸리티 보완 후 오는 7월 중순부터 본격적인 시스템운전을 실시할 계획이다.

월드이엔씨의 관계자는 “흡수식 히트펌프시스템 적용으로 발전 배온수는 흡수식 히트펌프의 구동열원이기 때문에 폐열이용측면과 배온수 회수온도 저감측면에서 이점이 있다”라며 “히트펌프에서 생산된 냉수는 액비화조로 공급되는 공기를 냉각시키는 용도로 이용되며 고온수는 축열조의 온수를 승온하게 된다”고 밝혔다. 

발전 배온수와 연계한 흡수식 시스템의 적용사례나 연구는 다양하게 시도돼 여러 분야에서 활용되고 있다. 하지만 대부분 냉수를 제조해 냉방에 이용하는데 국한돼 있다. 



하지만 논산순환센터는 전체 발전 배온수를 흡수식 히트펌프의 열원으로만 단독적으로 사용하는 것에 제약이 있으며 잉여(20~25%) 배온수만 흡수식 히트펌프의 구동열원으로 이용할 수 있도록 구축했다. 그 이유는 축열조로 보내진 발전 배온수 75~80%는 가수분해조, 혐기성소화조, 반건식 소화조의 가열원으로 이용되기 때문이다.

이에 따라 잉여 배온수를 열원으로 냉수를 생산하고 배온수보다 높은 고온수를 생산할 수 있는 흡수식 히트펌프시스템 적용을 통해 잉여 배온수 활용을 극대화하면서도 냉수를 생산해 액비화조의 온도 저감을 통해 액비 생산량을 증대시킬 수 있었다. 특히 배온수보다 높은 고온수는 축열조 온도상승에 기여하는 효과도 있어 추가로 기존의 발전 배온수(냉각수)를 냉각하기 위한 공랭식 냉각기의 이용율이 낮아져 전력사용량이 감소되는 부가적인 효과도 얻었다.

월드이엔씨의 관계자는 “축산분뇨를 활용한 자연순환센터는 축산업이 밀집된 지역위주로 설치, 운영 중이며 대부분 바이오가스를 이용한 발전, 자연비료(액비, 퇴비)생산, 축분 펠릿제조 등이 주요사업”이라며 “이를 스마트팜과 연계해 발전폐열을 인근 스마트팜에 동절기 난방열원으로 공급하거나 잉여 바이오가스를 이용해 온수를 직접 제조해 인근 스마트팜에 공급하는 축산바이오-스마트팜 연계도 고려해볼 수 있다”며 향후 사업방향에 대해 설명했다. 

한편 바이오가스를 도시가스로 전환해 인근 수용가에 공급하는 방법도 시도됐는데 이 부분은 제도적 보완책 마련을 통해 바이오가스 활용을 증대시키는 노력이 필요할 것으로 보인다.